硬金属切削方法及设备与流程

本申请涉及金属加工领域，尤指一种硬金属切削方法及设备。

背景技术：

目前，手机等移动终端外壳，一般采用镁或铝等轻金属合金作为外壳，该等镁或铝合金硬度较低，在加工过程中，一般会采用锻或压铸，再通过cnc切削进行精加工。随着手机市场的发展，对外壳的质感、硬度的要求都在增加。目前，市场上开始采用不锈钢等超硬材料作为手机壳体，但是不锈钢等超硬材料的加工难度非常大，需要更多的刀具、更长的时间去进行加工。

且从一块长方体坯料加工成手机后壳或中框，需要去除胚料中间部分，而采用cnc加工方式，对刀具、时间、机器的损耗极高，加工成本相较于一般的软金属成倍的增长。

技术实现要素：

鉴于此，有必要提供一种效率高、成本低的硬金属切削方法及设备。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种硬金属切削方法，提供阴极头及工件，所述阴极头内开设有喷水孔，将所述阴极头置于所述工件待切削位置处上方0.1-0.3mm位置处，所述阴极头连接直流电源负极，所述工件连接直流电源正极，自所述喷水孔喷射处理液至所述工件的待切削面，与所述阴极头相对的工件待切削面产生化学反应，所述高速流动的处理液带走反应物，随所述工件待切削面的反应速度，调整所述阴极头或/和工件的位置，使所述阴极头与所述工件待切削面的距离保持0.1-0.3mm直至所述待切削面达到预定的加工深度。

优选地，所述硬金属工件为不锈钢。

优选地，所述处理液按质量比重包括：5-15％的硝酸钠、5-15％的氯化钠、大于70％的水。

优选地，所述处理液按质量比重包括：8-12％的硝酸钠、8-12％的氯化钠、大于70％的水。

优选地，所述处理液按质量比重包括：10％的硝酸钠、10％的氯化钠、大于70％的水。

优选地，所述处理液与所述工件开孔位置处产生如下化学反应：

mn-3e＝mn³⁺；

mn-2e＝mn²⁺；

cr-2e＝cr²⁺；

si+2h2o-4e＝sio2(s)↓+4h⁺；

fe²⁺+e＝fe³⁺；

cr-3e＝cr³⁺；

fe-2e＝fe²⁺；

cr²⁺-e＝cr³⁺；

ni-2e＝ni²⁺；

fe-3e＝fe³⁺；

4oh^--4e＝2h2o+o2(g)↑；

mn²⁺+2h2o-2e＝mno2(s)↓+4h⁺；

2cl^--2e＝cl2(g)↑；

优选地，所述处理液的流速度为10-30m/s，所述处理液的压力为0.5-2mpa。

优选地，所述阴极头包括导电主体及覆盖于所述导电主体外侧面的绝缘保护层，所述喷水孔开设于所述导电主体内并贯穿所述导电主体的底面。

优选地，所述导电主体的外侧面靠近底面一侧端缘设有0.2-0.5mm长度的裸露部，所述裸露部不被所述绝缘保护层覆盖。

优选地，所述阴极头的外形尺寸比所述工件待切削面的外形尺寸小0.1-0.2mm。

优选地，所述工件的待切削面为不规则形状，所述阴极头的形状与所述待切削面的形状一致。

优选地，多个阴极头的组合构成所述待切削面的外形形状。

优选地，随所述工件待切削面的反应速度，调整所述阴极头或/和工件的位置，包括：

依据所述工件待切削面处的化学反应速度推算出单位时间内的加工变量，而后依据单位时间内的加工变量自动调整所述阴极头或/和所述工件的相对位置使所述阴极头与所述工件待切削面之间的相对距离稳定在0.1-0.3mm之间。

优选地，所述工件开孔位置处的反应速度，调整所述阴极头或/和工件的位置，包括：

所述阴极头上设有感应器，所述感应器实时感测阴极头与所述工件表面之间的距离，并通过控制系统实时控制二者之间的距离直至工件待切削面切削至预定深度。

优选地，所述感应器设于所述阴极头的底面上，所述感应器直接检测所述阴极头与所述待切削面之间的距离。

优选地，加工过程中，所述阴极头会延伸入所述工件的开孔内，所述处理液会从开孔与所述阴极头的缝隙处喷出。

优选地，所述直流电源是频率为30khz-100khz的高频开关电源，工作电压为6-12v。

未解决上述技术问题，本申请还提供了一种采用上述硬金属切削方法的设备，包括机台、设于所述机台上的工件夹持装置，所述阴极头设于所述工件夹持装置的上方。

优选地，所述机台包括底座、自所述底座向上延伸形成的支撑臂、及自所述支撑臂朝向工件夹持装置延伸形成延伸部，所述延伸部位于所述工件夹持装置上方，所述阴极头安装于所述延伸部朝向所述工件夹持装置一侧，所述工件夹持装置用于夹持所述工件，所述阴极头可在垂直方向上移动。

本申请相较于采用cnc刀具完成整个工件的开孔工艺，采用电化学腐蚀的方式来开孔，加工速度快、效率高，无需损耗刀具，成本低，加工完成后，再辅以cnc刀具精加工即可达到传统纯cnc加工的精度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本申请硬金属切削方法的第一示意图；

图2为本申请硬金属切削方法的第二示意图；

图3为本申请硬金属切削方法的第三示意图；

图4为本申请硬金属开孔设备的立体图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参阅图1至图3所示为本申请硬金属切削方法的三个加工状态图，硬金属以不锈钢工件40为例，所述工件粗坯为长方体结构，需要按需求将所述长方体工件40的中间部分切除一定的厚度，切除的形状为不规则形状，包括如下步骤：

s1、提供阴极头30、工件40，将所述阴极头30置于所述工件40上方0.1-0.3mm位置处；

所述阴极头30的外形与所述工件需要切削的形状一致，所述阴极头30的外形尺寸较所述工件40需要切削形状的尺寸小0.1-0.2mm，即留下0.1-0.2mm的余量；所述阴极头30依据切削形状的需要可以是若干个阴极头30的组合。

所述阴极头30包括导电主体31、及开设于所述导电主体31内的喷水孔35，所述导电主体31包括朝向所述工件40一侧的底面33及侧面34，所述侧面上部分34被绝缘保护层32覆盖，但所述侧面34靠近所述底面33一侧设有0.2-0.5mm长度的裸露部36。所述喷水孔35的出水端位于所述底面33上。所述阴极头50的导电主体31采用红铜材质制成。

在一实施例中，所述阴极头30上安装有感应器(未图示)，所述感应器用于实时检测所述阴极头30与所述工件待切削面之间的距离。

s2、所述阴极头30连接直流电源负极，所述工件40连接直流电源正极；

所述直流电源是频率为30khz-100khz的高频开关电源，工作电压为6-12v。

s3、自所述阴极头30内的喷水孔35喷射处理液至所述工件40的待切削面上；

所述处理液的流速为10-30m/s，所述处理液的喷射压力为0.5-2mpa；

所述处理液按质量比重包括：5-15％的硝酸钠、5-15％的氯化钠、大于70％的水；

优选地，所述处理液按质量比重包括：8-12％的硝酸钠、8-12％的氯化钠、大于70％的水；

优选地，所述处理液按质量比重如下：10％的硝酸钠、10％的氯化钠、大于70％的水。

在此步骤中，不锈钢工件40相对所述阴极头30底面的开孔位置处产生如下化学反应：

mn-3e＝mn³⁺

mn-2e＝mn²⁺

cr-2e＝cr²⁺

si+2h2o-4e＝sio2(s)↓+4h⁺

fe²⁺+e＝fe³⁺

cr-3e＝cr³⁺

fe-2e＝fe²⁺

cr²⁺-e＝cr³⁺

ni-2e＝ni²⁺

fe-3e＝fe³⁺

4oh^--4e＝2h2o+o2(g)↑

mn²⁺+2h2o-2e＝mno2(s)↓+4h⁺

2cl^--2e＝cl2(g)↑

同时因所述阴极头30的侧面裸露的部分导体，即裸露部36的存在，会因放电效应，所述工件产生化学反应的区域会稍大于所述阴极头30的外形尺寸，即所述阴极头30的外形尺寸会小于切削面的尺寸，留下0.1-0.2mm的余量。

所述高速流动的处理液会带走所述化学反应的产物，使所述工件的待切削面不断“凹陷”成凹槽直至凹陷至预定的厚度。

s4、随所述工件40待切削面处电化学反应的去除量，移动所述阴极头30或/和所述工件40在垂直方向的距离，使所述阴极头30与工件的待切削面的距离保持在0.1-0.3mm之间；

本步骤如图1、图2、图3所示，部分工件40的切削不需要贯穿工件而需要留下一定厚度，此时参阅图1、图2所示；部分工件40的切削需要贯穿工件，此时参阅图1至图3所示。

本步骤可以依据化学反应的速度推算出单位时间内的加工变量，所述阴极头30或/和所述工件40依据单位时间内的加工变量，相对移动以使所述阴极头30与所述工件40待加工面的相对距离稳定在0.1-0.3mm之间；

在另一实施例中，设于所述阴极头30上的感应器实时感测阴极头30与所述工件40待加工面之间的距离，并通过控制系统实时控制二者之间的距离直至工件的待加工面切削至预定厚度为止。所述感应器设于所述阴极头30的底面上，所述感应器直接检测所述阴极头30与所述待加工面之间的距离，并通知控制系统进行调整。

此时，所述阴极头30会延伸入所述工件的待加工面的凹陷空间内，而所述待加工面的凹陷空间的外形尺寸因放电因素会稍大于所述阴极头30的外形尺寸，所述处理液会从所述待加工面处的凹陷空间与所述阴极头30的缝隙处喷出。所述阴极头30与所述工件40之间的位置变化直至预定的移动距离完成加工为止。

s5、利用cnc刀具对所述工件的待加工面边缘进行精加工。

本申请相较于采用cnc刀具完成整个工件的切削工艺，采用电化学腐蚀的方式来切削加工，加工速度快、效率高，无需损耗刀具，成本低，加工完成后，再辅以cnc刀具精加工即可达到传统纯cnc加工的精度。

请参阅图4所示，为本申请硬金属切削设备的图示，包括机台10、设于所述机台10上的工件夹持装置20、及设于所述工件夹持装置20上方的阴极头30。

所述机台10包括底座11、自所述底座11向上延伸形成的支撑臂12、及自所述支撑臂12朝向工件夹持装置20延伸形成延伸部13。所述延伸部13位于所述工件夹持装置20上方，所述阴极头30安装于所述延伸部13朝向所述工件夹持装置20一侧。所述工件夹持装置20用于夹持所述工件40，所述阴极头30可在垂直方向上移动，所述阴极头30的具体结构如前述，此处不再赘述。

本申请硬金属切削设备的运作原理在工艺介绍部分已经做了详细描述，此处不再赘述。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。